DE102017220644A1 - Energy storage module and method for operating an energy storage module - Google Patents

Energy storage module and method for operating an energy storage module Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul (1) zur Speicherung elektrischer Energie, mit wenigstens einer Batteriezelle (2), die zwischen zwei Endplatten (6) eines Modulgehäuses (5) angeordnet ist, und mit einer Sensoreinrichtung (13) zur Erfassung wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezelle (2). Dabei ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung (13) wenigstens einen Drucksensor (14) aufweist, der zwischen der Batteriezelle (2) und einer ersten der Endplatten (6) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichermoduls (1).The invention relates to an energy storage module (1) for storing electrical energy, comprising at least one battery cell (2) arranged between two end plates (6) of a module housing (5) and a sensor device (13) for detecting at least one state variable of the battery cell (2). It is provided that the sensor device (13) has at least one pressure sensor (14) which is arranged between the battery cell (2) and a first of the end plates (6). The invention further relates to a method for operating an energy storage module (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul zur Speicherung elektrischer Energie, mit wenigstens einer Batteriezelle, die zwischen zwei Endplatten eines Modulgehäuses angeordnet ist, und mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezelle. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichermoduls.The invention relates to an energy storage module for storing electrical energy, with at least one battery cell, which is arranged between two end plates of a module housing, and with a sensor device for detecting at least one state variable of the battery cell. The invention further relates to a method for operating an energy storage module.

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2013 015 700 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle mit den Schritten: Ermitteln einer Bauform der Batteriezelle; Ermitteln wenigstens einer Stelle innerhalb eines Gehäuses der Batteriezelle, in welcher in Abhängigkeit von der Bauform eine mittels wenigstens eines Sensors erfassbare Größe in einem Betrieb der Batteriezelle einen höheren Wert aufweist als an anderen Stellen innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle; und Anordnen des wenigstens einen Sensors an der wenigstens einen Stelle.From the prior art, for example, the publication DE 10 2013 015 700 A1 known. This describes a method for producing a battery cell with the steps: determining a design of the battery cell; Determining at least one point within a housing of the battery cell in which, depending on the design, a variable detectable by means of at least one sensor has a higher value during operation of the battery cell than at other locations within the housing of the battery cell; and arranging the at least one sensor at the at least one location.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Energiespeichermodul zur Speicherung elektrischer Energie vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Energiespeichermodulen Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässige Aussage über den Zustand des Energiespeichermoduls mittels eines kostengünstigen und einfach zu realisierenden Aufbaus ermöglicht.It is an object of the invention to propose an energy storage module for storing electrical energy, which has advantages over known energy storage modules, in particular allows a reliable statement about the state of the energy storage module by means of a low-cost and easy-to-implement construction.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem Energiespeichermodul zur Speicherung elektrischer Energie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung wenigstens einen Drucksensor aufweist, der zwischen der Batteriezelle und einer ersten der Endplatten angeordnet ist.This is inventively achieved with an energy storage module for storing electrical energy with the features of claim 1. It is provided that the sensor device has at least one pressure sensor which is arranged between the battery cell and a first of the end plates.

Das Energiespeichermodul ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und dient zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie, die zum Durchführen eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs benötigt wird. Besonders bevorzugt kann mittels der in dem Energiespeichermodul zwischengespeicherten Energie eine elektrische Maschine, insbesondere eine Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die Traktionsmaschine dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments.The energy storage module, for example, part of a motor vehicle and is used for temporary storage of electrical energy that is required to perform a driving operation of the motor vehicle. Particularly preferably, an electrical machine, in particular a traction engine of the motor vehicle, can be operated by means of the energy temporarily stored in the energy storage module. The traction machine is used to drive the motor vehicle and to that extent to provide a directed to the driving of the motor vehicle torque.

Das Energiespeichermodul dient zur Speicherung beziehungsweise Zwischenspeicherung elektrischer Energie. Hierzu verfügt es über die wenigstens eine Batteriezelle, vorzugsweise jedoch über eine Vielzahl von Batteriezellen, welche aufeinander folgend in dem Modulgehäuse angeordnet sind. Hierbei liegen alle Batteriezellen des Energiespeichermoduls zwischen den beiden Endplatten des Modulgehäuses vor. In anderen Worten ist einerseits eines von den mehreren Batteriezellen gebildeten Batteriezellenstapels eine erste der Endplatten und andererseits des Batteriezellenstapels eine zweite der Endplatten angeordnet. Die beiden Endplatten begrenzen insoweit das Modulgehäuse auf gegenüberliegenden Seiten der wenigstens einen Batteriezelle beziehungsweise des Batteriezellenstapels.The energy storage module is used for storage or intermediate storage of electrical energy. For this purpose, it has the at least one battery cell, but preferably via a plurality of battery cells, which are arranged successively in the module housing. In this case, all the battery cells of the energy storage module are present between the two end plates of the module housing. In other words, on the one hand of a battery cell stack formed by the plurality of battery cells, a first of the end plates and on the other hand of the battery cell stack, a second of the end plates is arranged. Insofar the two end plates limit the module housing on opposite sides of the at least one battery cell or of the battery cell stack.

Während eines Betriebs des Energiespeichermoduls beziehungsweise über seine Lebensdauer hinweg kann es zu einer Ausdehnung der Batteriezelle beziehungsweise der Batteriezellen kommen. Die Ausdehnung der wenigstens einen Batteriezelle beschreibt hierbei schlussendlich den Zustand der Batteriezelle und ermöglicht eine Aussage über eine zu erwartende Restlebensdauer des Energiespeichermoduls. Um die Ausdehnung zuzulassen können die beiden Endplatten zumindest teilweise flexibel und/oder flexibel miteinander verbunden sein. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, die beiden Endplatten vorzugsweise starr auszubilden und zudem bevorzugt starr miteinander zu verbinden, um die Ausdehnung der Batteriezelle zu begrenzen.During operation of the energy storage module or over its lifetime, an expansion of the battery cell or of the battery cells can occur. The expansion of the at least one battery cell in this case ultimately describes the state of the battery cell and allows a statement about an expected remaining life of the energy storage module. In order to allow the expansion, the two end plates may be at least partially flexible and / or flexibly interconnected. Alternatively, it can also be provided that the two end plates are preferably rigid and, moreover, preferably rigidly connected to one another in order to limit the extent of the battery cell.

Die Batteriezelle kann jedoch mit einer gewissen Toleranz in dem Modulgehäuse und entsprechend zwischen den beiden Endplatten angeordnet. Das bedeutet, dass die Batteriezelle zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Abstand zu einer der Endplatten und zu einem zweiten Zeitpunkt einen von dem ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand aufweist. Der zweite Zeitpunkt liegt hier bei zeitlich gesehen nach dem ersten Zeitpunkt. Unter dem Abstand ist hierbei ein durchschnittlicher Abstand über der Zeit zu verstehen, weil die Ausdehnung der Batteriezelle auch von einem momentanen Betriebszustand abhängen kann.However, the battery cell can be arranged with a certain tolerance in the module housing and correspondingly between the two end plates. That is, the battery cell has a first distance to one of the end plates at a first time and a second distance different from the first distance at a second time. The second time is here in terms of time after the first time. The distance is to be understood here as an average distance over time, because the extent of the battery cell can also depend on a current operating state.

Mit zunehmendem Alter des Energiespeichermoduls beziehungsweise der Batteriezelle nimmt der Abstand zwischen der Batteriezelle und den Endplatten beziehungsweise zumindest einer der Endplatten ab. Liegen mehrere Batteriezellen vor, so ist die Batteriezelle, auf welche im Rahmen dieser Beschreibung eingegangen wird, eine randseitige beziehungsweise endseitige der Batteriezellen, also diejenige Batteriezelle, welche endseitig des Batteriezellenstapels vorliegt und entsprechend benachbart zu einer der Endplatten vorliegt.With increasing age of the energy storage module or the battery cell, the distance between the battery cell and the end plates or at least one of the end plates decreases. If there are a plurality of battery cells, then the battery cell which is discussed in the context of this description is a peripheral or end side of the battery cells, ie the battery cell which is present at the end of the battery cell stack and correspondingly adjacent to one of the end plates.

Dem Energiespeichermodul ist die Sensoreinrichtung zugeordnet, mittels welcher die wenigstens eine Zustandsgröße der Batteriezelle erfasst werden kann. Die Sensoreinrichtung dient hierbei insbesondere dem Erfassen beziehungsweise Messen einer die Alterung der Batteriezelle beschreibenden Zustandsgröße. Zu diesem Zweck verfügt die Sensoreinrichtung über den wenigstens einen Drucksensor, mittels welchem ein Druck gemessen werden kann. Der Drucksensor ist hierzu zwischen der Batteriezelle und der ersten Endplatte angeordnet und dient dem Messen einer Verspannung der Batteriezelle, insbesondere also des von der Batteriezelle auf die erste Endplatte ausgeübten Drucks beziehungsweise der entsprechenden Kraft.The energy storage module is associated with the sensor device, by means of which the at least one state variable of the battery cell can be detected. In this case, the sensor device serves, in particular, for detecting or measuring a state variable describing the aging of the battery cell. For this purpose, the sensor device has at least one Pressure sensor, by means of which a pressure can be measured. For this purpose, the pressure sensor is arranged between the battery cell and the first end plate and serves to measure a tension of the battery cell, in particular of the pressure exerted by the battery cell on the first end plate or the corresponding force.

Der Drucksensor ist nicht exklusiv der Batteriezelle zugeordnet. Vielmehr dient er im Falle der mehreren Batteriezellen dem Erfassen des Drucks beziehungsweise der Kraft, welcher/welche von dem Batteriezellenstapel auf die erste Endplatte ausgeübt wird. Hierzu ist der Drucksensor außerhalb eines Batteriezellengehäuses der Batteriezelle angeordnet, nämlich insbesondere zwischen dem Batteriezellengehäuse und der ersten Endplatte angeordnet. Bevorzugt liegt der Drucksensor hierzu unmittelbar an einer Außenwand der Batteriezelle beziehungsweise des Batteriezellengehäuses an. Insbesondere ist er zudem an der Außenwand der Batteriezelle befestigt.The pressure sensor is not exclusively assigned to the battery cell. Rather, in the case of the multiple battery cells, it serves to detect the pressure or force exerted by the battery cell stack on the first end plate. For this purpose, the pressure sensor is arranged outside a battery cell housing of the battery cell, namely arranged in particular between the battery cell housing and the first end plate. For this purpose, the pressure sensor is preferably located directly on an outer wall of the battery cell or of the battery cell housing. In particular, it is also attached to the outer wall of the battery cell.

Die beschriebene Ausgestaltung des Energiespeichermoduls hat den Vorteil, dass keine speziellen Anpassungen der Batteriezelle beziehungsweise des Batteriezellengehäuses notwendig sind, um zuverlässig auf den Zustand des Energiespeichermoduls schließen zu können. Liegen mehrere Batteriezellen vor, so kann mithilfe des Drucksensors insoweit auf den Zustand aller zwischen den Endplatten angeordneten Batteriezellen gemeinsam geschlossen werden. Hierzu muss lediglich der Drucksensor zwischen der endseitigen Batteriezelle und der ersten Endplatte angeordnet werden. Es ist keine Modifikation aller Batteriezellen beziehungsweise das Vorsehen jeweils eines Sensors in den Batteriezellen notwendig. Hierdurch ist die Sensoreinrichtung kostengünstig realisierbar.The described embodiment of the energy storage module has the advantage that no special adaptations of the battery cell or of the battery cell housing are necessary in order to be able to conclude reliably on the state of the energy storage module. If several battery cells are present, the state of all the battery cells arranged between the end plates can be jointly closed with the help of the pressure sensor. For this purpose, only the pressure sensor between the end-side battery cell and the first end plate must be arranged. There is no modification of all battery cells or the provision of a respective sensor in the battery cells necessary. As a result, the sensor device can be realized inexpensively.

Durch die Erfassung der zwischen der Batteriezelle und der ersten Endplatten wirkenden Kraft beziehungsweise des Drucks, welchen die Batteriezelle auf die erste Endplatte ausübt, kann sehr zuverlässig auf den Zustand der wenigstens einen Batteriezelle geschlossen werden. Der Drucksensor kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere liegt er jedoch als Piezosensor vor, beispielsweise als piezoresistiver Drucksensor oder als piezoelektrischer Drucksensor.By detecting the force acting between the battery cell and the first end plates force or the pressure exerted by the battery cell on the first end plate can be closed very reliably to the state of at least one battery cell. The pressure sensor can basically be configured as desired. In particular, however, it is present as a piezoelectric sensor, for example as a piezoresistive pressure sensor or as a piezoelectric pressure sensor.

Selbstverständlich kann bei entsprechender Anordnung auch ein Dehnungssensor als Drucksensor verwendet werden. Hierzu ist beispielsweise ein Biegeelement vorgesehen, welches sich einerseits an der Batteriezelle und andererseits an der ersten Endplatte abstützt. Das Biegeelement ist nun mit dem Dehnungssensor versehen. Das Biegeelement ist derart ausgestaltet, dass es sich bei einer Ausdehnung der Batteriezelle und mithin einer Verringerung des Abstands zwischen der Batteriezelle und der ersten Endplatte verbiegt beziehungsweise krümmt. Diese Biegung beziehungsweise Krümmung kann mit Hilfe des Dehnungssensors, beispielsweise eines Dehnmessstreifens, einfach festgestellt werden.Of course, with an appropriate arrangement, a strain sensor can be used as a pressure sensor. For this purpose, for example, a bending element is provided, which is supported on the one hand on the battery cell and on the other hand on the first end plate. The bending element is now provided with the strain sensor. The bending element is configured such that it bends or curves when the battery cell expands and thus the distance between the battery cell and the first end plate is reduced. This bending or curvature can be easily determined by means of the strain sensor, for example a strain gauge.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Drucksensor auf seiner einer Außenwand der Batteriezelle abgewandten Seite an der ersten Endplatte anliegt, sodass sich die Batteriezelle über den Drucksensor an der ersten Endplatte abstützt. Der Drucksensor liegt also einerseits unmittelbar an der Batteriezelle und andererseits unmittelbar an der ersten Endplatte an. Entsprechend stützt sich die Batteriezelle unmittelbar über den Drucksensor an der ersten Endplatte ab. Dies ermöglicht eine besonders einfache und platzsparende Anordnung des Drucksensors. Alternativ kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass sich der Drucksensor über ein vorzugsweise starres Element an der ersten Endplatte abstützt. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann ein größerer Abstand zwischen der ersten Endplatte und der Batteriezelle realisiert werden.A further embodiment of the invention provides that the pressure sensor rests against the first end plate on its side facing away from an outer wall of the battery cell, so that the battery cell is supported on the first end plate via the pressure sensor. The pressure sensor is therefore on the one hand directly to the battery cell and on the other hand directly to the first end plate. Accordingly, the battery cell is supported directly above the pressure sensor on the first end plate. This allows a particularly simple and space-saving arrangement of the pressure sensor. Alternatively, it can of course be provided that the pressure sensor is supported on the first end plate via a preferably rigid element. With such a configuration, a greater distance between the first end plate and the battery cell can be realized.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sich die Batteriezelle mit ihrer dem Drucksensor gegenüberliegenden Seite an einer zweiten der Endplatten abstützt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die beiden Endplatten sich bezüglich der wenigstens einen Batteriezelle gegenüberliegen, sodass also die Batteriezelle beziehungsweise der Batteriezellenstapel zwischen ihnen angeordnet ist. Es kann nun vorgesehen sein, dass die Batteriezelle grundsätzlich innerhalb des Modulgehäuses verlagerbar angeordnet ist. In diesem Fall stützt sie sich einerseits über den Drucksensor an der ersten Endplatte und andererseits an der zweiten Endplatte ab. Auf diese Art und Weise ist die Batteriezelle innerhalb des Modulgehäuses in dieser Richtung festgelegt. Das Abstützen an der zweiten Endplatte kann über wenigstens eine weitere Batteriezelle des Batteriezellenstapels erfolgen, welche zwischen der Batteriezelle und der zweiten Endplatte angeordnet ist.A further preferred embodiment provides that the battery cell is supported with its opposite side of the pressure sensor on a second of the end plates. It has already been explained above that the two end plates are opposite one another with respect to the at least one battery cell, so that therefore the battery cell or the battery cell stack is arranged between them. It can now be provided that the battery cell is basically arranged to be displaceable within the module housing. In this case, it is supported on the one hand via the pressure sensor on the first end plate and on the other hand on the second end plate. In this way, the battery cell within the module housing is fixed in this direction. The supporting on the second end plate can be effected via at least one further battery cell of the battery cell stack, which is arranged between the battery cell and the second end plate.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Batteriezelle über wenigstens einen Drucksensor einer weiteren Sensoreinrichtung an der zweiten Endplatte abstützt. Zusätzlich zu der Sensoreinrichtung ist insoweit die weitere Sensoreinrichtung vorgesehen, um ein redundantes Erfassen der wenigstens einen Zustandsgröße, nämlich des Drucks beziehungsweise der Kraft zu realisieren. Durch die Verwendung sowohl der Sensoreinrichtung als auch der weiteren Sensoreinrichtung kann die Erfassung der Zustandsgröße besonders zuverlässig erfolgen. Die weitere Sensoreinrichtung weist analog zu der Sensoreinrichtung einen Drucksensor auf.Within the scope of a further embodiment of the invention, it may be provided that the battery cell is supported on the second end plate via at least one pressure sensor of a further sensor device. In addition to the sensor device, the further sensor device is provided so far in order to realize a redundant detection of the at least one state variable, namely the pressure or the force. By using both the sensor device and the further sensor device, the detection of the state variable can be carried out particularly reliably. The further sensor device has a pressure sensor analogous to the sensor device.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Drucksensor der weiteren Sensoreinrichtung von dem Drucksensor der Sensoreinrichtung verschieden ist und beabstandet von diesem vorliegt. Die weitere Sensoreinrichtung beziehungsweise ihr Drucksensor ist vorzugsweise analog zu der Sensoreinrichtung beziehungsweise dem Drucksensor der Sensoreinrichtung ausgestaltet. Zur Weiterbildung der weiteren Sensoreinrichtung beziehungsweise ihres Drucksensors wird entsprechend auf die Ausführungen zu der Sensoreinrichtung beziehungsweise deren Drucksensor im Rahmen dieser Beschreibung hingewiesen, welche ergänzend herangezogen werden können. It should be noted that the pressure sensor of the further sensor device is different from the pressure sensor of the sensor device and is at a distance therefrom. The further sensor device or its pressure sensor is preferably configured analogously to the sensor device or the pressure sensor of the sensor device. For further development of the further sensor device or its pressure sensor, reference is made accordingly to the statements relating to the sensor device or its pressure sensor in the context of this description, which can be used in addition.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Modulgehäuse Seitenwände aufweist, die die beiden Endplatten auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle miteinander verbinden, wobei die Batteriezellen in Richtung zwischen den Endplatten verlaufenden Längsmittelachse des Modulgehäuses verlagerbar an den Seitenwänden gelagert ist. Die beiden Seitenwände verbinden die Endplatten vorzugsweise starr, also unverlagerbar, miteinander. In anderen Worten halten die Seitenwände die beiden Endplatten ortsfest zueinander. Die beiden Seitenwände liegen hierbei auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle beziehungsweise des Batteriezellenstapels vor. Im Schnitt gesehen umgreifen insoweit die beiden Endplatten und die beiden Seitenwände bevorzugt die Batteriezelle beziehungsweise den Batteriezellenstapel vollständig und durchgehend.A further embodiment of the invention provides that the module housing has side walls which connect the two end plates to one another on opposite sides of the battery cell, the battery cells being displaceably mounted on the side walls in the direction of the longitudinal center axis of the module housing extending between the end plates. The two side walls connect the end plates preferably rigidly, so non-storable, each other. In other words, the side walls hold the two end plates stationary relative to each other. The two side walls are in this case on opposite sides of the battery cell or the battery cell stack. Seen in section, the two end plates and the two side walls preferably surround the battery cell or the battery cell stack completely and continuously.

Um eine zuverlässige Bestimmung der Zustandsgröße der Batteriezelle zu ermöglichen, stützt sich diese über die Drucksensor an der ersten Endplatte und - optional - über den Drucksensor der weiteren Sensoreinrichtung an der zweiten Endplatte ab. Um die Zustandsgröße beziehungsweise den Druck besonders zuverlässig erfassen zu können, sollen nun die Batteriezelle, insbesondere die Batteriezellen des Batteriezellenstapels, zwischen den beiden Endplatten verlagerbar gelagert sein, nämlich an den Seitenwänden. Auf diese Art und Weise ist zum einen - falls die weitere Sensoreinrichtung vorliegt - eine redundante Erfassung der Zustandsgröße realisiert. Zudem kann mit Hilfe des Drucksensors der Sensoreinrichtung und/oder des Drucksensors der weiteren Sensoreinrichtung jeweils auf den Zustand aller Batteriezellen des Batteriezellenstapels geschlossen werden.In order to enable a reliable determination of the state variable of the battery cell, it is supported via the pressure sensor on the first end plate and, optionally, via the pressure sensor of the further sensor device on the second end plate. In order to be able to detect the state variable or the pressure particularly reliably, the battery cell, in particular the battery cells of the battery cell stack, should now be displaceably mounted between the two end plates, namely on the side walls. In this way, on the one hand, if the further sensor device is present, a redundant detection of the state variable is realized. In addition, with the aid of the pressure sensor, the sensor device and / or the pressure sensor of the further sensor device can be closed in each case to the state of all battery cells of the battery cell stack.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Drucksensor mittig bezüglich eines Flächenschwerpunkts einer der ersten Endplatte zugewandten Seite der Batteriezelle angeordnet ist. Die Ausdehnung einer Batteriezelle ist erfahrungsgemäß in der Mitte der Seitenfläche der Batteriezelle am größten. Um eine besonders genaue Erfassung der Zustandsgröße zu ermöglichen, soll nun der Drucksensor an der Stelle der größten zu erwartenden Ausdehnung der Batteriezelle angeordnet sein, nämlich entsprechend mittig der Seitenfläche. Hierzu wird der Flächenschwerpunkt der Seite der Batteriezelle ermittelt und der Drucksensor bezüglich des Flächenschwerpunkts mittig angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung des Zustands der Batteriezelle.A further embodiment of the invention provides that the pressure sensor is arranged centrally with respect to a centroid of one of the first end plate facing side of the battery cell. Experience has shown that the extent of a battery cell is greatest in the middle of the side surface of the battery cell. In order to allow a particularly accurate detection of the state variable, the pressure sensor should now be arranged at the location of the largest expected extent of the battery cell, namely in the center of the side surface. For this purpose, the centroid of the side of the battery cell is determined and arranged the pressure sensor centered with respect to the centroid. This arrangement allows a particularly accurate determination of the state of the battery cell.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinrichtung wenigstens einen weiteren Drucksensor aufweist, der beabstandet von dem Drucksensor zwischen der Batteriezelle und der ersten Endplatte angeordnet ist. Zusätzlich zu dem Drucksensor verfügt also die Sensoreinrichtung über den weiteren Drucksensor. Dieser ist ebenso wie der Drucksensor zwischen der Batteriezelle und der ersten Endplatte angeordnet, vorzugsweise derart, dass er einerseits an der ersten Endplatte andererseits an der Außenwand der Batteriezelle abstützt. Durch die Verwendung mehrerer Drucksensoren, also des Drucksensors und des weiteren Drucksensors kann die Genauigkeit der erfassten Zustandsgröße weit verbessert werden. Vorzugsweise ist selbstverständlich auch der weiteren Sensoreinrichtung ein solcher weitere Drucksensor zugeordnet, falls diese vorgesehen ist.A further embodiment of the invention provides that the sensor device has at least one further pressure sensor, which is arranged at a distance from the pressure sensor between the battery cell and the first end plate. Thus, in addition to the pressure sensor, the sensor device has the further pressure sensor. This is like the pressure sensor between the battery cell and the first end plate arranged, preferably such that it is supported on the one hand on the first end plate on the other hand on the outer wall of the battery cell. By using multiple pressure sensors, so the pressure sensor and the other pressure sensor, the accuracy of the detected state variable can be greatly improved. Preferably, of course, the further sensor device such a further pressure sensor is assigned, if it is provided.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der weitere Drucksensor eine kleinere Sensorfläche aufweist als der Drucksensor. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass der Drucksensor vorzugsweise mittig an der Batteriezelle beziehungsweise ihrer Außenwand angeordnet ist, weil dort die größte Ausdehnung zu erwarten ist. Aus diesem Grund soll der Drucksensor für eine besonders genaue Erfassung der Zustandsgröße, also des Drucks beziehungsweise der Kraft ausgestaltet sein. Hierzu verfügt er über die im Vergleich zu dem weiteren Drucksensor größere Sensorfläche.A further embodiment of the invention provides that the further pressure sensor has a smaller sensor area than the pressure sensor. It has already been explained above that the pressure sensor is preferably arranged centrally on the battery cell or its outer wall, because the greatest extent is to be expected there. For this reason, the pressure sensor for a particularly accurate detection of the state variable, so the pressure or the force to be configured. For this he has the larger compared to the other pressure sensor sensor surface.

Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass mehrere weitere Drucksensoren symmetrisch bezüglich des Drucksensors angeordnet sind. Die Verwendung mehrerer weiterer Drucksensoren zusätzlich zu dem Drucksensor verbessert die Genauigkeit der Zustandsgröße weiter. Die Drucksensoren sind beispielsweise äquidistant bezüglich des Drucksensors angeordnet, weisen also zu diesem denselben Abstand auf. In jedem Fall ist bevorzugt eine symmetrische Anordnung bezüglich des Drucksensors, beispielsweise eine Punktsymmetrie bezüglich eines Mittelpunkts des Drucksensors oder eine Achsensymmetrie bezüglich einer durch den Mittelpunkt verlaufenden Geraden, umgesetzt.Finally, it can be provided within the scope of a further embodiment of the invention that a plurality of further pressure sensors are arranged symmetrically with respect to the pressure sensor. The use of several additional pressure sensors in addition to the pressure sensor further improves the accuracy of the state quantity. The pressure sensors are arranged, for example, equidistant with respect to the pressure sensor, thus have the same distance to this. In any case, a symmetrical arrangement with respect to the pressure sensor, for example a point symmetry with respect to a center point of the pressure sensor or an axis symmetry with respect to a straight line passing through the center, is preferably implemented.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichermoduls, insbesondere eines Energiespeichermoduls gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei das Energiespeichermodul über wenigstens eine Batteriezelle, die zwischen zwei Endplatten eines Modulgehäuses angeordnet ist, und über wenigstens eine Sensoreinrichtung verfügt, mit der wenigstens eine Zustandsgröße der Batteriezelle erfasst wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung wenigstens einen Drucksensor aufweist, der zwischen der Batteriezelle und einer ersten der Endplatten angeordnet ist.The invention further relates to a method for operating an energy storage module, in particular an energy storage module according to the statements in the context of this description, wherein the energy storage module via at least one battery cell, which is arranged between two end plates of a module housing, and at least one sensor device, with the at least one state variable of the battery cell is detected. It is provided that the sensor device has at least one pressure sensor which is arranged between the battery cell and a first of the end plates.

Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Energiespeichermoduls beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Energiespeichermodul als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such an embodiment of the energy storage module or such an approach has already been pointed out. Both the energy storage module and the method for its operation can be further developed according to the statements in the context of this description, so that reference is made to this extent.

Die Sensoreinrichtung dient dem Erfassen der wenigstens einen Zustandsgröße der wenigstens einen Batteriezelle. Hierzu verfügt die Sensoreinrichtung über den Drucksensor, welcher schlussendlich dem Messen eines Drucks oder einer Kraft dient, welche vorzugsweise zwischen der Endplatte und der Batteriezelle wirkt. Beispielsweise wird der Druck mittels des Drucksensors periodisch oder fortlaufend gemessen. Hieraus ergibt sich ein Verlauf des Drucks beziehungsweise der Kraft über der Zeit, anhand welchem auf einen Kapazitätsverlust der Batteriezelle geschlossen werden kann. Hierzu ist insbesondere ein Vergleich des Verlaufs mit einem Vergleichsverlauf vorgesehen, welcher entsprechend hinterlegt ist.The sensor device is used to detect the at least one state variable of the at least one battery cell. For this purpose, the sensor device has the pressure sensor, which ultimately serves to measure a pressure or a force which preferably acts between the end plate and the battery cell. For example, the pressure is measured by means of the pressure sensor periodically or continuously. This results in a curve of the pressure or the force over time, on the basis of which a loss of capacity of the battery cell can be concluded. For this purpose, in particular a comparison of the course is provided with a comparison history, which is deposited accordingly.

Wird auf einen möglichen Kapazitätsverlust erkannt, so kann es vorgesehen sein, dass selbsttätig ein Termin mit einer Werkstatt vereinbart wird, um die wenigstens eine Batteriezelle auszutauschen. Zusätzlich oder alternativ kann der Verlauf an einen Entwickler des Energiespeichermoduls übermittelt werden. Dieser kann aus dem Verlauf notwendige Herstellungsparameter für das Energiespeichermodul schließen, nämlich beispielsweise Materialstärken und/oder die Auslegung einer Schweißnaht.If it is recognized that there is a potential loss of capacity, it can be provided that an appointment with a workshop is automatically arranged in order to exchange the at least one battery cell. Additionally or alternatively, the course can be transmitted to a developer of the energy storage module. This can include from the history necessary manufacturing parameters for the energy storage module, namely, for example, material thicknesses and / or the design of a weld.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Energiemoduls, welches wenigstens eine in einem Modulgehäuse angeordnete Batteriezelle aufweist,
  • 2 eine Darstellung des Energiespeichermoduls mit mehreren Batteriezellen, wobei das Modulgehäuse nicht dargestellt ist, sowie
  • 3 eine schematische Darstellung des Energiespeichermoduls, wobei Drucksensoren einer Sensoreinrichtung gezeigt sind.
The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. Showing:
  • 1 1 is a schematic representation of a region of an energy module which has at least one battery cell arranged in a module housing,
  • 2 a representation of the energy storage module with a plurality of battery cells, wherein the module housing is not shown, as well as
  • 3 a schematic representation of the energy storage module, wherein pressure sensors of a sensor device are shown.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichermoduls 1, beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Das Energiespeichermodul 1 ist bevorzugt als Hochvoltenergiespeichermodul ausgestaltet und weist insoweit eine Batteriespannung auf, welche größer als 100 Volt, größer als 200 Volt, größer als 400 Volt, größer als 600 Volt oder größer als 800 Volt beträgt. Das Energiespeichermodul 1 verfügt über eine Batteriezelle 2, welche randseitig eines Batteriezellenstapels 3 vorliegt, der zusätzlich zu der Batteriezelle 2 über eine Vielzahl weiterer Batteriezellen 4 verfügt.The 1 shows a schematic representation of an energy storage module 1 For example, for use in a motor vehicle. The energy storage module 1 is preferably designed as a high-voltage storage module and thus has a battery voltage which is greater than 100 volts, greater than 200 volts, greater than 400 volts, greater than 600 volts or greater than 800 volts. The energy storage module 1 has a battery cell 2 which edge of a battery cell stack 3 present in addition to the battery cell 2 over a multiplicity of further battery cells 4 features.

Die Batteriezelle 2 beziehungsweise der Batteriezellenstapel 3 sind in einem Modulgehäuses 5 des Energiespeichermoduls 1 angeordnet. Das Modulgehäuse 5 verfügt zumindest über zwei Endplatten 6, von welchen hier lediglich eine erkennbar ist. Zusätzlich verfügt das Modulgehäuse 5 über zwei Seitenwände 7 und 8, über welche die Endplatten 6 jeweils miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind die Seitenwände 7 und 8 jeweils mittels einer Schweißnaht 9 an den Endplatten 6 befestigt. An wenigstens einer der Endplatten 6 ist ein - optionales - Anschlussbauteil 10 angeordnet, welches vorzugsweise aus Kunststoff besteht und beispielsweise zum Greifen des Energiespeichermoduls 1 mittels eines Greifers oder dergleichen dient.The battery cell 2 or the battery cell stack 3 are in a module housing 5 of the energy storage module 1 arranged. The module housing 5 has at least two end plates 6 of which only one is recognizable here. In addition, the module housing has 5 over two side walls 7 and 8th over which the end plates 6 each interconnected. The side walls are preferred 7 and 8th each by means of a weld 9 at the end plates 6 attached. On at least one of the end plates 6 is an - optional - connection component 10 arranged, which preferably consists of plastic and, for example, for gripping the energy storage module 1 by means of a gripper or the like is used.

Zur Versteifung des Modulgehäuses 5 können - rein optional - an den Endplatten 6 jeweils Versteifungshülsen 11 angeordnet beziehungsweise befestigt sein. Die Batteriezelle 2 und die weiteren Batteriezellen 4 sind vorzugsweise in Richtung einer Längsmittelachse des Modulgehäuses 5 verlagerbar angeordnet, und hierzu beispielsweise an den Seitenwänden 7 und 8 beziehungsweise zwischen den Seitenwänden 7 und 8 verlagerbar gelagert. In Richtung der Längsmittelachse stützen sich die Batteriezellen 2 und 4 an den Endplatten 6 ab und werden von diesen innerhalb des Modulgehäuses 5 gehalten.For stiffening the module housing 5 can - purely optional - on the end plates 6 each stiffening sleeves 11 be arranged or attached. The battery cell 2 and the other battery cells 4 are preferably in the direction of a longitudinal central axis of the module housing 5 arranged displaceably, and this, for example, on the side walls 7 and 8th or between the side walls 7 and 8th relocatable stored. In the direction of the longitudinal central axis, the battery cells are based 2 and 4 at the end plates 6 from and within of the module housing 5 held.

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Energiespeichermoduls 1 ohne das Modulgehäuse 5. Gezeigt ist ein Steuergerät 12 des Energiespeichermoduls 1. Zudem ist eine Sensoreinrichtung 13 erkennbar, welche wenigstens einen Drucksensor 14 aufweist, der elektrisch an das Steuergerät 12 angeschlossen ist. Zusätzlich zu dem Drucksensor 14 kann die Sensoreinrichtung 13 über weitere Drucksensoren 15 verfügen, welche vorzugsweise symmetrisch bezüglich des Drucksensors 14 angeordnet sind. In der hier dargestellten Ausführungsform weist der Drucksensor 14 eine größere Fläche auf als die Drucksensoren 15. Der Drucksensor 14 ist bezüglich eines Flächenschwerpunkts einer Außenwand 16 der Batteriezelle 2 mittig angeordnet.The 2 shows a schematic representation of the energy storage module 1 without the module housing 5 , Shown is a control unit 12 of the energy storage module 1 , In addition, a sensor device 13 recognizable, which at least one pressure sensor 14 which is electrically connected to the control unit 12 connected. In addition to the pressure sensor 14 can the sensor device 13 via additional pressure sensors 15 which are preferably symmetrical with respect to the pressure sensor 14 are arranged. In the illustrated here Embodiment, the pressure sensor 14 a larger area than the pressure sensors 15 , The pressure sensor 14 is with respect to a centroid of an outer wall 16 the battery cell 2 arranged in the middle.

Es ist nun vorgesehen, dass sich der Drucksensor einerseits an der Batteriezelle 2 und andererseits an der Endplatte 6 (hier nicht dargestellt) abstützt. Entsprechend kann mithilfe des Drucksensors 14 und auch der Drucksensoren 15 jeweils der zwischen der Batteriezelle 2 und der Endplatte 6 wirkende mechanische Druck beziehungsweise die entsprechende Kraft gemessen werden. Aus dem Druck beziehungsweise der Kraft kann anschließend auf eine Ausdehnung der Batteriezelle 2 beziehungsweise der Batteriezellen 2 und 4 geschlossen werden und aus dieser wiederum auf einen alterungsbedingten Zustand des Energiespeichermoduls 1.It is now envisaged that the pressure sensor on the one hand on the battery cell 2 and on the other hand, on the end plate 6 (not shown here) is supported. Accordingly, using the pressure sensor 14 and also the pressure sensors 15 in each case between the battery cell 2 and the end plate 6 acting mechanical pressure or the corresponding force can be measured. From the pressure or the force can then on an extension of the battery cell 2 or the battery cells 2 and 4 be closed and from this in turn to an aging condition of the energy storage module 1 ,

Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Energiespeichermoduls 1 in einer Seitenschnittdarstellung. Gezeigt ist die Batteriezelle 2, die sich über den Drucksensor 14 und die Drucksensoren 15 an der Endplatte 6 abstützt. Die Drucksensoren 14 und 15 sind gemeinsam oder separat an das Steuergerät 12 angeschlossen.The 3 shows a schematic representation of the energy storage module 1 in a side sectional view. Shown is the battery cell 2 that are above the pressure sensor 14 and the pressure sensors 15 at the end plate 6 supported. The pressure sensors 14 and 15 are common or separate to the controller 12 connected.

Die beschriebene Ausgestaltung des Energiespeichermoduls 1 ermöglicht eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Auswertung des Zustands des Energiespeichermoduls, nämlich durch Messung des von der Batteriezelle 2 beziehungsweise des gesamten Batteriezellenstapels 3 auf die Endplatte 6 beziehungsweise die Endplatten 6 ausgeübten Drucks.The described embodiment of the energy storage module 1 allows a simple, inexpensive and reliable evaluation of the state of the energy storage module, namely by measuring the of the battery cell 2 or the entire battery cell stack 3 on the end plate 6 or the end plates 6 applied pressure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013015700 A1 [0002]DE 102013015700 A1 [0002]

Claims (10)

Energiespeichermodul (1) zur Speicherung elektrischer Energie, mit wenigstens einer Batteriezelle (2), die zwischen zwei Endplatten (6) eines Modulgehäuses (5) angeordnet ist, und mit einer Sensoreinrichtung (13) zur Erfassung wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) wenigstens einen Drucksensor (14) aufweist, der zwischen der Batteriezelle (2) und einer ersten der Endplatten (6) angeordnet ist.Energy storage module (1) for storing electrical energy, comprising at least one battery cell (2), which is arranged between two end plates (6) of a module housing (5), and with a sensor device (13) for detecting at least one state variable of the battery cell (2), characterized in that the sensor means (13) comprises at least one pressure sensor (14) disposed between the battery cell (2) and a first one of the end plates (6). Energiespeichermodul (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (14) auf seiner einer Außenwand (16) der Batteriezelle (2) abgewandten Seite an der ersten Endplatte (6) anliegt, sodass sich die Batteriezelle (2) über den Drucksensor (14) an der ersten Endplatte (6) abstützt.Energy storage module (1), characterized in that the pressure sensor (14) on its outer wall (16) of the battery cell (2) facing away from the first end plate (6), so that the battery cell (2) via the pressure sensor (14) on the first end plate (6) is supported. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Batteriezelle (4) mit ihrer dem Drucksensor (14) gegenüberliegenden Seite an einer zweiten der Endplatten (6) abstützt.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell (4) with its pressure sensor (14) opposite side on a second of the end plates (6) is supported. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Batteriezelle (2) über wenigstens einen Drucksensor einer weiteren Sensoreinrichtung an der zweiten Endplatte (6) abstützt.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell (2) via at least one pressure sensor of a further sensor device on the second end plate (6) is supported. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (5) Seitenwände (7,8) aufweist, die die beiden Endplatten (6) auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle (2) miteinander verbinden, wobei die Batteriezelle (2) in Richtung einer zwischen den Endplatten (6) verlaufenden Längsmittelachse des Modulgehäuses (5) verlagerbar an den Seitenwänden (7,8) gelagert ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the module housing (5) has side walls (7,8) which connect the two end plates (6) on opposite sides of the battery cell (2), wherein the battery cell (2) in the direction a between the end plates (6) extending longitudinal central axis of the module housing (5) is mounted displaceably on the side walls (7,8). Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (14) mittig bezüglich eines Flächenschwerpunkts einer der ersten Endplatte (6) zugewandten Seite der Batteriezelle (2) angeordnet ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor (14) is arranged centrally with respect to a centroid of one of the first end plate (6) facing side of the battery cell (2). Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) wenigstens einen weiteren Drucksensor (15) aufweist, der beabstandet von dem Drucksensor (14) zwischen der Batteriezelle (2) und der ersten Endplatte (6) angeordnet ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (13) has at least one further pressure sensor (15) which is arranged at a distance from the pressure sensor (14) between the battery cell (2) and the first end plate (6). Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Drucksensor (15) eine kleinere Sensorfläche aufweist als der Drucksensor (14).Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the further pressure sensor (15) has a smaller sensor area than the pressure sensor (14). Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere weitere Drucksensoren (15) symmetrisch bezüglich des Drucksensors (14) angeordnet sind.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of further pressure sensors (15) are arranged symmetrically with respect to the pressure sensor (14). Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichermoduls (1), insbesondere eines Energiespeichermoduls nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energiespeichermodul (1) über wenigstens eine Batteriezelle (2), die zwischen zwei Endplatten (6) eines Modulgehäuses (5) angeordnet ist, und über wenigstens eine Sensoreinrichtung (13) verfügt, mit der wenigstens eine Zustandsgröße der Batteriezelle (2) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (13) wenigstens einen Drucksensor (14) aufweist, der zwischen der Batteriezelle (2) und einer ersten der Endplatten (6) angeordnet ist.Method for operating an energy storage module (1), in particular an energy storage module according to one or more of the preceding claims, wherein the energy storage module (1) via at least one battery cell (2) which is arranged between two end plates (6) of a module housing (5), and has at least one sensor device (13), with which at least one state variable of the battery cell (2) is detected, characterized in that the sensor device (13) has at least one pressure sensor (14) between the battery cell (2) and a first of the End plates (6) is arranged.
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